92738

Chemia fizyczna - termodynamika molekularna 2010/2011 9

dziedzin ludzkiej aktywności. Warto zaznaczyć jej konsekwencje społeczne, biologiczne i fizyczne.

6.    Dwie skrajne opinie na temat II Zasady wśród fizyków - Eddington (wiara w uniwersalność II Zasady) i Lewis (krytyka jej założeń fizycznych) (lata trzydzieste XX wieku).

7.    Z zastosowaniem II Zasady do opisu otaczającego świata wiążą się liczne paradoksy i nieporozumienia. .Są one o tyle cenne, ponieważ pokazują ograniczenia w jej stosowalności. Postawmy sobie kilka pytań:

a)    Jak zmienia się entropia Wszechświata.

Jeśli ekstrapolować wnioski wynikające z II zasady, to prowadzi to do wzrostu entropii do maksimum w przyszłości (śmierć cieplna Wszechświata) i minimum w przeszłości. Ale dla odpowiednio dużej masy. wszystko wróci do punktu wyjścia przy końcu fazy kontrakcji. A więc jednak możliwy jest spadek entropii? Oznaczałoby to. że prawa przyrody zależą od wielkości masy czy też fazy rozwoju Wszechświata. Daje to inspirację do fantastycznych hipotez o odwróceniu czasu podczas kurczenia się przestrzeni. Co ciekawe, takiego odwrócenia czasu w ogóle byśmy nic zauważyli. Istnieją dobie argumenty popierające twierdzenie, że termodynamiczna strzałka czasu determinuje tę psychologiczną (pamiętamy przeszłość, a nie przyszłość). Przy odwróconej termodynamicznej strzałce czasu, będziemy pamiętać przyszłość, a nie przeszłość i w naszym odczuciu nic się nie zmieni.

b)    Skąd bierze się taka różnorodność Wszechświata? Liczy on sobie ok. 15 mld lat. ale wciąż rozkład energii i materii jest w nim bardzo nierównomierny. Np. różnice temperatur pomiędzy jego fragmentami są wprost niebywałe:

promieniowanie reliktowe - 3 K powierzchnia Ziemi - 300 K powierzchnia Słoika - 6 000 K wnętrze Słońca - 20 000 (XX) K

Czy istnieje szansa, że Wszechświat dojdzie wreszcie do równowagi termodynamicznej, w której nastąpi jego „śmierć cieplna”?

Popatrzmy jeszcze na naszą Ziemię i nakreślmy sobie jakiś rozsądny przedział czasowy, w którym mogłoby dojść do stanu równowagi. Temperatura na Ziemi jest parametrem wyjątkowo niestabilnym, co wynika ze zmieniającej się ilości energii dostarczanej przez Słońce. Zmiany te następują w cyklu dobowym, rocznym (pory roku), a także zależą od szerokości geograficznej i wysokości nad poziomem morza. Czy istnieje szansa, że temperatura na Ziemi ustali się? Stałoby się tak. gdyby Ziemia przestałaby krążyć naokoło Słońca i obracać się wokół własnej osi. Czy może to się zdarzyć w niedalekiej przyszłości? Oczywiście nie - warunki fizyczne na Ziemi w pewnych (czasami dość szerokich granicach) są jednak stabilne i będą takie, tak długo dopóki istnieje Układ Słoneczny i nie zmieniają się właściwości Słońca. Czyli jeszcze około 5 mld lat. Nieprawdopodobnie długo, że można zwątpić w realność II zasady.

c)    A Układ Słoneczny istnieje i ma się dobrze. Skąd bierze się jego wyjątkowa stabilność, jeśli się zważy, że maksymalną entropię mógłby osiągnąć, gdyby wszystkie planety znalazłyby się we wnętrzu Słońca?

d)    Przeprowadźmy jeszcze jeden zadziwiający eksperyment - przemianę powietrza w żelazo. II Zasada sugeruje, że taka przemiana powinna zajść spontanicznie, bo żelazo jest najtrwalszym pierwiastkiem. Jego synteza termojądrowa uwolniłaby wielką ilość energii, która to rozproszona zapewniłaby maksimum entropii. Ale taka przemiana przecież nie zachodzi!